美國(guó)兩種電袋混合式除塵器技術(shù)的介紹與分析

　　1國(guó)內(nèi)電袋混合除塵器的現(xiàn)狀

　　目前國(guó)內(nèi)幾乎所有電袋混合改造項(xiàng)目的改造方式是保留(或改造)原電除塵器的第一電場(chǎng)作為預(yù)除塵單元，而將后幾個(gè)電場(chǎng)改造成長(zhǎng)袋脈沖噴吹式袋除塵器作為穩(wěn)定除塵單元，以此達(dá)到降低排放、延長(zhǎng)后部箱室濾袋壽命的目的。此種技術(shù)方案源自EPRI(美國(guó)電力研究協(xié)會(huì))在20世紀(jì)80年代末期提出的COHPAC方案，即緊縮混合型除塵器方案。它的基本思路就是在原有的電除塵器下游再增加一臺(tái)袋除塵器，用以捕獲電除塵器未能除去的細(xì)微粉塵，以達(dá)到進(jìn)一步減少排放的目的?？梢钥闯?，與國(guó)內(nèi)目前采用的以袋除塵器為主的除塵方式相比，COHPAC方案是一種以電除塵器除塵為主，以袋除塵器除塵為輔的電袋混合除塵方式。雖然他們的側(cè)重點(diǎn)不同，但是他們的思路是相同的。

　　這種改造方式是可行的，但是可否實(shí)施卻需要一個(gè)先決條件，那就是原電除塵器的體積足夠大，可以在滿足其風(fēng)量要求的情況下，同時(shí)容納電除塵器和袋除塵器這兩個(gè)單元。它的這個(gè)先決條件致使國(guó)內(nèi)很多水泥企業(yè)因?yàn)槠潆姵龎m器體積不夠大而只能選擇將電除塵器改造為純袋除塵器。

　　本文主要介紹美國(guó)兩種電袋混合除塵器技術(shù)：Apitron和DOE，及在Apitron基礎(chǔ)上進(jìn)化而來(lái)的MAX-9。這兩種技術(shù)國(guó)內(nèi)不常見(jiàn)，但在國(guó)外已有應(yīng)用，都可用于空間不大的電除塵器改造，希望能給業(yè)界同行起到開(kāi)闊思路和拋磚引玉的作用。

　　2美國(guó)兩種電袋混合除塵器技術(shù)

　　2.1Apitron形式

　　Apitron電袋混合除塵器技術(shù)由SRI(美國(guó)南方研究所)于1970年研發(fā)成功，并在同年由美國(guó)精密工業(yè)公司制造出原型。第一代的Apitron電袋混合除塵器，使用的是預(yù)荷電脈沖噴吹清灰法，具體結(jié)構(gòu)是在裝好濾袋的袋籠中間沿其軸向放置一根電暈線，與接地的袋籠組成陰極和陽(yáng)極，該方向進(jìn)入濾袋的粉塵首先被接地的陽(yáng)極(袋籠)所捕集，剩余的粉塵由濾袋過(guò)濾。但是由于這種結(jié)構(gòu)在高壓電暈放電時(shí)極易損害到濾袋，終被放棄。這是迄今已知最早的電袋混合結(jié)構(gòu)。

　　第二代的Apitron電袋混合除塵器技術(shù)在第一代的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)。它的構(gòu)成方式是將電暈線和積塵裝置(一般由鋼板和圓管構(gòu)成)組成的電除塵單元串聯(lián)在濾袋的下端，并與濾袋下口相連。需要注意的是，這里濾袋的安裝方式不同于傳統(tǒng)的脈沖噴吹袋除塵器中濾袋開(kāi)口向上的方式，而是將濾袋開(kāi)口向下安裝，即花板位于濾袋下端(類似于早期在國(guó)內(nèi)窯頭、窯尾廣泛使用的反吹風(fēng)式大布袋除塵器的濾袋和花板結(jié)構(gòu))，并直接與電除塵單元相連接。這里的濾袋是內(nèi)濾式而不是通常所見(jiàn)的外濾式。相應(yīng)的，噴吹機(jī)構(gòu)也移至下端的袋口處。含塵氣體從灰斗進(jìn)入除塵器后向上流動(dòng)，先經(jīng)過(guò)電除塵單元，部分粉塵會(huì)在靜電場(chǎng)作用下附著在圓管電極上，余下的粉塵繼續(xù)向上進(jìn)入濾袋內(nèi)部過(guò)濾，過(guò)濾后的干凈氣體從濾袋外表面透出，最終排放掉。清灰時(shí)，脈沖閥的一次噴吹氣流由圓管電極上方射出，清除附著在濾袋內(nèi)側(cè)的粉塵，而由一次噴吹氣流帶動(dòng)的除塵器內(nèi)部氣體形成的二次氣流以及一次氣流的反流又可清除電暈線和積塵裝置上附著的粉塵，以達(dá)到清灰的目的。

　　第二代的Apitron電袋混合除塵器技術(shù)于1977年至1978年被試驗(yàn)性應(yīng)用，據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)局EPA公布的測(cè)試數(shù)據(jù)，Apitron的除塵效率在99.90%～99.94%之間，特別對(duì)于大小在0.2～1μm顆粒物的捕集率達(dá)到99.9950%～99.9994%。相比較于袋式噴吹除塵器，Apitron在同等負(fù)荷的情況下，設(shè)備阻力大幅降低，在增加風(fēng)量使Apitron與袋式噴吹除塵器達(dá)到同阻力的情況下，Apitron的過(guò)濾風(fēng)速可上升至2.4 m/min，并且可以在此風(fēng)速下穩(wěn)定運(yùn)行。

　　針對(duì)以上結(jié)論，我們分析Apitron之所以能夠具有低阻、高過(guò)濾風(fēng)速的使用特性，其原因如下：

　　1)粉塵由一次過(guò)濾變成了二次過(guò)濾，濾袋過(guò)濾部分的負(fù)荷減少，有利于提高過(guò)濾風(fēng)速和降低阻力;

　　2)由于電除塵單元的存在，致使粉塵帶有電荷，這就使得粉塵形成的粉餅結(jié)構(gòu)較為疏松，增加了透氣率，降低了濾袋的阻力;

　　3)試驗(yàn)用的Apitron除塵器，其濾袋都采用覆膜工藝制造，覆膜表面能大幅降低粉塵的附著率，而疏松的粉餅其本身附著率也很低，受外力極容易脫落，也減少了濾袋的負(fù)荷。

　　2.2MAX-9形式

　　MAX-9也屬于Apitron形式。第二代Apitron的不足在于，濾袋與電除塵單元的串聯(lián)結(jié)構(gòu)使得濾袋直接與電除塵單元相連，在高濃度粉塵的環(huán)境下，有可能產(chǎn)生放電火花而損壞濾袋，且這種結(jié)構(gòu)更換濾袋時(shí)也較為麻煩。于是經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)和試驗(yàn)，在美國(guó)環(huán)境保護(hù)局的授權(quán)下，由美國(guó)通用公司GE于2003年制造出了Apitron的升級(jí)產(chǎn)品MAX-9。GE公司將產(chǎn)品命名為MAX-9，意思是除塵的效率為99.999……%，以顯示它的高除塵效率。

　　如圖1和圖2所示，MAX-9的設(shè)計(jì)思路與第一代Apitron相似，但是將原先伸入袋籠口內(nèi)的電暈線移到了濾袋的兩側(cè)，這樣兩根電暈線與一個(gè)袋籠組成一個(gè)電除塵單元，袋籠作為陽(yáng)極集塵裝置，電暈線作為陰極放電裝置。工作時(shí)含塵氣體由灰斗進(jìn)入收塵箱體，到達(dá)濾袋位置，在靜電作用下，粉塵向袋籠聚集，附著在濾袋表面。因?yàn)榉蹓m都帶有同一電荷，之間產(chǎn)生互斥作用，它們附著在濾袋表面后形成結(jié)構(gòu)松散的粉餅，在濾袋外膜上一部分粉餅(主要由細(xì)小的粉塵構(gòu)成)可不經(jīng)由其他外力而只在本身重力影響下自然脫落，顆粒稍大的粉塵則由濾袋過(guò)濾。由于MAX-9的工作電流較低，這就意味著即使在高濃度的情況下出現(xiàn)放電火花，火花的能量也很低，不至于損害到濾袋。

　　2006年MAX-9形式的電袋混合除塵器由美國(guó)GE公司應(yīng)用在RWC(Royal White Cement)水泥位于Florida州Lake Park的一條3000t/d生產(chǎn)線的窯頭，其具體參數(shù)見(jiàn)表1。這臺(tái)除塵器采用每條濾袋配備兩根電極的組合方式，氣布比達(dá)到了3.05m3/m2/min，運(yùn)行阻力為300Pa左右，僅為普通袋除塵器的1/4,標(biāo)態(tài)排放濃度低于10mg/m3，特別是對(duì)極細(xì)微粉塵(PM2.5)的捕集率提高了80%～90%。2009年后，MAX-9形式先后被Phoenix Cement Company應(yīng)用在其Arizona州Clarkdale的兩條生產(chǎn)線上，RWC應(yīng)用于其Virginia州Chesapeake的一條生產(chǎn)線上，均取得了很好的使用效果。

　　MAX-9的這種設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，完全繼承了Apitron技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)了Apitron技術(shù)的不足，可以認(rèn)為是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。它可以實(shí)施在空間體積較小的電除塵器改造上，并且由于其可承受較高的過(guò)濾風(fēng)速，實(shí)際使用的濾袋數(shù)量大大下降，只需常規(guī)袋除塵器25%～30%濾袋即可保證運(yùn)行與達(dá)標(biāo)排放，實(shí)際上一次性投資并沒(méi)有明顯增加，但是后續(xù)維護(hù)費(fèi)用卻能大大降低，值得在國(guó)內(nèi)推廣。

　　2.3DOE形式

　　DOE技術(shù)是在美國(guó)能源局主持下，美國(guó)GORE出資和協(xié)助，由美國(guó)北達(dá)科他大學(xué)研發(fā)的一種電袋混合除塵器技術(shù)。該技術(shù)于20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始研發(fā)，在1998年基本成型。DOE的設(shè)計(jì)思路不再是由單個(gè)電除塵單元與單個(gè)濾袋串聯(lián)構(gòu)成單個(gè)電袋混合結(jié)構(gòu)，它采用一排電除塵元件與一排濾袋交錯(cuò)排布組成并聯(lián)的方式，如圖3和圖4所示，與每排濾袋間隔的積塵板，考慮到火花放電損害到濾袋以及減少設(shè)備的運(yùn)行阻力，使用了開(kāi)孔鋼板制作，開(kāi)孔率為45%。工作時(shí)含塵氣體經(jīng)過(guò)積塵板時(shí)，大部分粉塵被其捕集，少量剩余粉塵則通過(guò)板上的孔洞到達(dá)濾袋處被濾袋捕集。每塊積塵板都設(shè)置定時(shí)振打裝置，其振打周期與濾袋的噴吹周期錯(cuò)開(kāi)，這樣在濾袋噴吹時(shí)，濾袋表面附著的粉塵產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵可被積塵板吸附，而在積塵板振打時(shí)產(chǎn)生的揚(yáng)塵又可被濾袋捕集。

　　DOE電袋混合除塵器于1999年在意大利水泥制造商公司SACCI進(jìn)行了試驗(yàn)運(yùn)行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。在使用覆膜濾袋的情況下，穩(wěn)定工作時(shí)其可承受的過(guò)濾風(fēng)速達(dá)到3.35~3.66m/min，設(shè)備阻力為1500~1800Pa。采用在線清灰方式，清灰周期可保持在20min以上，除塵效率≥99.99%。

　　試驗(yàn)成功后，DOE技術(shù)被美國(guó)CEMEX公司廣泛使用，在2000年至2002年期間，其旗下Taxes州Harlingen、Laredo、Houston等地的多條生產(chǎn)線窯頭和窯尾均使用了DOE形式的電袋混合除塵器，Georgia州的Rockmart一條生產(chǎn)線也使用了此電袋混合除塵器，效果穩(wěn)定。其中Rockmart生產(chǎn)線DOE除塵器的濾袋使用已超過(guò)5年，標(biāo)態(tài)排放濃度始終穩(wěn)定在5～8mg/m3，效果相當(dāng)理想。

　　3Apitron與DOE技術(shù)的比較

　　綜上所述，Apitron技術(shù)除塵器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間相對(duì)較小，高壓電源能耗低，電場(chǎng)強(qiáng)度低。正是基于以上特點(diǎn)，決定了Apitron更適合用來(lái)捕集較為細(xì)小的粉塵;而DOE技術(shù)的除塵器占用空間略多，高壓電源能耗也相對(duì)較高，這些換來(lái)的是其一級(jí)電除塵的效率也很高，這種電袋并聯(lián)的方式使得它在處理高濃度粉塵時(shí)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這兩種電袋混合的技術(shù)形式，在國(guó)外已經(jīng)相當(dāng)成熟，且普遍用于排放濃度標(biāo)準(zhǔn)低于10mg/m3的場(chǎng)合。隨著我國(guó)對(duì)排放濃度的要求日益提高，以及國(guó)產(chǎn)濾料技術(shù)的改進(jìn)，電袋混合技術(shù)終將在國(guó)內(nèi)得到推廣和應(yīng)用。